顆粒物料下落、反彈和堆積過程的數(shù)值模擬.pdf

1、顆粒物料在生產(chǎn)操作和生活活動中隨處可見，而且是經(jīng)濟建設過程中不可或缺的材料。顆粒物料的存儲、運輸及使用等操作過程經(jīng)常見到顆粒物料自由下落的現(xiàn)象，自由下落的顆粒物料會逃逸到空氣中，造成局部甚至大面積的環(huán)境污染。粉塵進入空氣會引發(fā)一系列的環(huán)境問題，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的顆粒危害工作人員的身體健康、破壞生產(chǎn)設備、影響產(chǎn)品質(zhì)量，顆粒物積累到一定濃度還可能引發(fā)塵爆；大量的顆粒物進入環(huán)境空氣中造成大范圍的污染，近些年我國北方城市頻頻出現(xiàn)的霧霾天氣就與顆

2、粒物大量進入空氣有關。顆粒物料自由下落后與壁面接觸反彈過程會引起二次揚塵，使顆粒揚塵的污染面積變大；下落物料對堆料形成的沖擊也會引起二次揚塵。本論文在前人對氣固兩相流動研究的基礎上，通過對氣固兩相流動運動規(guī)律的分析，掌握顆粒物料在空氣中的運動規(guī)律，為控制顆粒物料自由下落引起的揚塵奠定基礎，并對顆粒反彈和堆積過程進行數(shù)值模擬研究。
　　本文對圓球形、均一粒徑的顆粒物料下落過程、反彈遷移過程和堆積過程的研究主要采用數(shù)值模擬的方法，利用

3、基于有限元方法的流體計算軟件COMSOL Multiphysics5.0。針對物料下落的不同過程采用不同的物理模塊來進行計算，主要用到湍流模塊、流體流動粒子追蹤模塊以及動網(wǎng)格模塊。在模擬研究中，引入基于曳力方程的流體與顆粒之間的相互作用力，在標準k-ε湍流模型中采用歐拉—拉格朗日方法研究，實現(xiàn)了流體相與顆粒相兩相間的雙向耦合，并通過對流體速度變化和顆粒速度變化的分析驗證了本文雙向耦合模擬氣固兩相流動的正確性；本文是運用克努森余弦定律和蒙

4、特卡洛方法，進行了考慮顆粒與壁面碰撞后動量損失的隨機反彈遷移過程的模擬；在對顆粒堆積過程的研究中提出通過網(wǎng)格變形來反映顆粒堆積的過程，在該方法中通過引入累加器作為中間變量將與下壁面接觸顆粒的量轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格變形的量，最終通過網(wǎng)格的變形的形態(tài)反映顆粒堆積后的形態(tài)；同時觀察了顆粒堆積后對流場流動的影響情況。模擬結(jié)果表明：顆粒粒徑越大、下落高度越高、密度越大對流體的擾動也越大，同時顆粒群中的顆粒受到流體的影響比單顆粒大而且更加復雜，并不是顆粒數(shù)目